Почистване на топлообменници

Tоплообменните апарати, независимо от вида на приложението им, се замърсяват, дори да са проектирани добре и да се експлоатират и поддържат ефективно. Това налага топлообменниците и свързаното с тях оборудване да бъдат почиствани. Времето между отделните почиствания зависи от степента на замърсяване. В някои случаи то може да се осъществи по време на периодичната поддръжка - например два пъти годишно, а в други се изисква почистване с по-голяма честота, ежемесечно или на всеки 4 месеца.

Технологиите за отстраняване на замърсявания от топлопреносните повърхности, както от вътрешната страна на кожуха, така и в тръбите, могат да бъдат класифицирани в две категории - механични и химични. Почистването може да стане докато инсталацията работи (онлайн почистване), но по-често е необходимо тя да бъде спряна (офлайн почистване). Понякога е нужна комбинация от тези методи, тъй като всеки от тях има своите предимства и недостатъци за различните съоръжения и конструкционни материали.

От изключителна полза за избора на метод за почистване и изготвянето на програма за контрол на замърсяването е анализирането състава на отлаганията. Пробите от отлаганията следва да се вземат от най-критичните зони, като за топлообменниците това е повърхността с най-силен топлопренос. За анализирането им се прилагат редица методи, обикновено рентгенов дифракционен анализ, рентгенова спектроскопия и оптична емисионна спектроскопия.

Освен степента на замърсяване и природата на замърсителя, преди предприемане на почистване трябва да бъдат установени и достъпността на предвидените за почистване повърхности, размерът на необходимите разходи и потенциалното въздействие от процеса върху околната среда. При химичното почистване се използват горещи корозивни агенти и в тези случаи следва да се определи и съвместимостта на химикалите с конструкционните материали на топлообменника.

Офлайн механично почистване

Механичното почистване е широко разпространен метод за отстраняване на отлагания. То има няколко разновидности - ръчно, струйно, пробивно, турбинно, хидропробивно, почистване с четки, изстъргване, продухване, издухване на саждите и термично почистване.

Когато има добро ниво на достъп, както е при пластинчатите или спиралните топлообменници, или когато тръбите могат да бъдат извадени, и отлаганията са меки, може да се приложи ръчно почистване, въпреки че разходите за труд при този метод са високи.

Струйното или хидравлично почистване с водни струи под високо налягане се използва главно за външни леснодостъпни повърхности. Промиването с водоструйка се прилага за почистване на преносими по въздуха замърсители в топлообменници с въздушно охлаждане при налягане 2-4 bar; меки и биологични отлагания, кал, лека ръжда в кожухотръбни топлообменници при налягане 40-120 bar; тежки органични отлагания, полимери, катрани в кондензатори и други топлообменници при 300-400 bar; котлен камък от вътрешната страна на тръбите на котли, подгреватели и икономайзери при 300-700 bar.

Методът се състои в насочване на мощни водни струи към замърсените повърхности посредством специални пистолети или тръби. За по-пълно оползотворяване на хидравличната сила се използва разнообразие от дюзи и накрайници. Ефективността на тази процедура зависи от достъпността на повърхностите и при нейното прилагане следва да се внимава с цел да на се увредят тръбите и да не пострада персоналът. Пневматичното отстраняване на котлен камък наподобява процеса на водоструйно почистване.

Пробивното почистване се използва за плътно запушени тръби на топлообменни апарати. За отстраняването на отлаганията се изисква добър достъп, както и внимание с цел предотвратяване повредата на оборудването. При турбинното почистване за премахване на отлаганията се използва въздух, пара или вода за задвижвани от двигател ножове или четки.

Системата за хидропробивно почистване е най-бързият и ефективен начин за премахване на упорити отлагания от вътрешната страна на тръбите на топлообменници, химични реактори, кондензатори, вторични изпарители и абсорбери. Пробивното почистване с висок въртящ момент премахва запушвания от всякакъв вид тръби с диаметър от 10 mm до 15 cm и до 12 m дължина. Чрез този метод ефективно могат да бъдат отстранени твърди отлагания като кокс, калций, сяра, боксит, асфалт, оксиди и твърди полимери.

Изстъргващите устройства се използват за кондензатори и топлообменници с тръби с диаметър от 1,3 до 3,2 cm. Те отстраняват ефективно всички видове отлагания, включително микро/макро замърсявания, органични отлагания, корозия и др. Технологията включва пропускане на задвижван с пружина и водна струя с налягане 200-300 psi метален прът през тръбите на топлообменника.

Прътът преминава през тръбите със скорост 3-6 m/s и по пътя си премахва отлагания, корозия и запушвания. След това тръбите се промиват с вода и се получава чиста, гладка метална повърхност за оптимален топлопренос. Освен за прави, на пазара се предлагат и уреди за почистване на U-образни тръби.

Продухването включва пропускане на подходящ абразивен материал с висока скорост с помощта на водна или въздушна струя. Тази технология рядко се прилага за почистване на тръбни снопове, тъй като стените на тръбите са много тънки. Методът е подходящ за отстраняване на котлен камък и почистване на лицевите страни на тръбите, кожуха и капаците на топлообменни апарати.

Почистването на сажди се използва за котли или топлообменници, работещи с димни газове. Отстраняването на частиците се постига чрез струи вода или пара, насочвани откъм ребрата на топлообменника.

Термичното почистване включва използването на пара с или без участието на други химикали. Методът може да бъде приложен за почистване на кондензатори и други топлообменници от восъци и греси.

Предимствата на механичните методи за почистване включват опростеност и леснота на действие, както и възможност за почистване дори на напълно запушени тръби. Въпреки това, при използването на тези методи има риск от увреждане на оборудването, най-вече на тръбите. Освен това механичното почистване не осигурява химически чиста повърхност.

Химично почистване

Според обичайната практика, към химично почистване на топлообменници се прибягва едва когато резултатите от другите методи не са задоволителни. Химичното почистване включва употребата на химични агенти, които разтварят или размекват отлаганията. В повечето случаи този вид методи изискват спиране на инсталацията. Сред предимствата на системите за почистване с детергенти и стерилизиращи агенти са пестенето на време и по-ниските разходи за извършване на процеса.

При прилагането им трябва да се има предвид следното:

• съвместимостта на системните елементи с химичните почистващи разтвори. При необходимост към разтворите могат да бъдат добавени инхибитори.

• преди стартиране на процедурата трябва да е налична информация за природата на отлаганията;

• преди почистване следва да се изследва корозивността на химичните разтворители. Необходимо е да се предприемат мерки за редуциране на корозията до приемливи нива;

• методите за обезвреждане на отработения разтвор.

Сред най-често използваните химикали за почистване на топлообменни апарати са минерални и органични киселини, алкални основи, органични разтворители, комплексообразуващи, окисляващи и редуциращи агенти. С цел свеждане на корозията до минимум и повишаване ефективността на почистване, към разтворите се добавят инхибитори и повърхностно активни вещества.

Повечето процеси на химично почистване на топлообменници се състоят от няколко етапа: промиване за отстраняване на свободни замърсители; подгряване и циркулация на вода; инжектиране на почистващия агент и инхибитори в циркулиращата вода; изпускане на разтвора след определено време; пасивиране на металните повърхности; промиване за отстраняване на всякакви следи от почистващите химикали.

Офлайн химично почистване

Основните офлайн химични методи са циркулация, киселинно почистване, пълнене и накисване, почистване с пара на органични отлагания; инжектиране на пара. Циркулацията включва запълването на оборудването с почистващия разтвор и циркулирането им във вътрешното пространство с помощта на помпа. По време на процедурата е необходимо да се следят концентрацията и температурата на разтвора.

Котленият камък от охлаждаща вода се премахва чрез циркулиране на разтвор на солна киселина в топлообменника. Методът с пълнене на оборудването с почистващ разтвор и накисването му за определено време е приложим само за малки апарати. За постигането на задоволителни резултати може да са необходими няколко цикъла на пълнене, накисване и изпускане на почистващия разтвор.

Последната технология за почистване включва инжектирането на концентрирана смес от почистващ разтвор и пара в бързо движеща се струя. Парата атомизира химикалите, като по този начин се повишава ефективността им и се осигурява по-добър контакт с металните повърхности.

Предимствата, които предлага химичното почистване в сравнение с механичното включват: равномерно и понякога пълно почистване; не се налага разглобяване на апарата; възможност за почистване на недостъпни зони; умерен размер на разходите и по-дълги интервали между почистванията. Единственият недостатък е, че използваните химикали често са опасни за употреба и изискват сложни процедури на обезвреждане. От изпарението на химичния разтвор и протичането на непредвидени реакции могат също да се генерират емисии на вредни газове.

Онлайн механично почистване

Методите за механично почистване на топлообменници, за които не се изисква спиране на индустриалните процеси, включват филтриране, повишаване на дебита, образуване на въздушни завихряния, обръщане посоката на потока, автоматични системи за почистване и др.

Замърсяванията, причинени от охлаждащата вода, могат да бъдат контролирани или дори елиминирани чрез подходящо филтриране на постъпващата в апаратите вода. Кондензаторите в топлоелектрическите централи са най-уязвими по отношение риск от замърсяване с отпадъчни материали и биологични организми. Решението на този проблем е инсталирането на филтърна система преди кондензатора.

Повишаването на дебита с цел отстраняване на отлагания е изключително подходящ метод за почистване на силно замърсени поради ниски скорости в кожуха или в тръбите топлообменни апарати.

Образуването на въздушни завихряния създава локални турбулентни зони, които се придвижват в оборудването. Тази техника се прилага за течни системи в кожуха на топлообменника. При този метод следва да се внимава да не се получат взривоопасни смеси с газа, в случай че процесният флуид е летлив и запалим.

Обръщането на посоката на потока е лесен и ефективен метод за предотвратяване на запушвания и замърсяване на топлообменните апарати. За разлика от филтрирането, този метод може да предпази от образуването на биологично замърсяване, тъй като постъпилите в топлообменника водорасли и организми се изхвърлят преди да са успели да се закрепят за топлопреносната повърхност.

При автоматичните системи за почистване на топлообменници се използват топчета от порест каучук и четки. Първият вид система включва пропускането на голям брой топчета от порест каучук, с малко по-голям диаметър от вътрешния на тръбите и относително тегло приблизително колкото на морска вода, през входа на топлообменника.

Потокът от охлаждаща вода прекарва топчетата през тръбите и стените им се почистват. Топчетата следва да са с подходяща грапавост на повърхността, за да не издраскат тръбните стени. За отстраняване на по-тежки отлагания се използват специални абразивни топчета, които са с покритие от карборунд.

Автоматичната система за онлайн почистване с четки се състои от четирипътен отклонител на потока, панел за управление и набор от четки и кошове. Четирипътният отклонител се инсталира между тръбите към и от топлообменника. Четките се вкарват във всяка от тръбите, а кошовете се закрепват временно на двата края на тръбите.

С обръщане посоката на потока всяка четка се придвижва от единия край на тръбата до другия, откъдето попада в коша. Циклите на почистване се инициират от задвижващо устройство и система за управление. Тъй като процедурата се прави на всеки 6-8 часа, дори втвърдяващите се отлагания са все още меки и се отстраняват лесно.